Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô hình hóa–tối ưu hóa quá trình lọc dầu sử dụng dầu thô kuwait

S Gasoil HydrodesulphuriserPhân xưởng xử lý lưu huỳnh trongphân đoạn Gasoil bằng HydroKHDS Kerosene Hydrodesulphuriser Phân xưởng khử lưu huỳnh phân đoạn Kerosene bằng HydroRFCC Residue

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN viii

LỜI MỞ ĐẦU ix

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT x

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xii

DANH SÁCH HÌNH VẼ xiii

CHƯƠNG 1: DẦU THÔ KUWAIT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1

1.1 Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu 1

1.2 Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 2

1.3 Sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 3

1.4 Sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.(xem phụ lục) 4

1.5 Các phân xưởng công nghệ 4

1.5.1 Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) 4

1.5.2 Phân xưởng thu hồi LPG (LRU) 5

1.5.3 Phân xưởng xử lý Naphha bằng Hydro (NHT) 5

1.5.4 Phân xưởng Isome hóa (ISOM) 5

1.5.5 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) 5

1.5.6 Cụm phân xưởng Naphtha và hợp chất thơm (NAC) 5

1.5.7 Phân xưởng xử lý LPG (LTU) 5

1.5.8 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS) 6

1.5.9 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS) 6

1.5.10 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất (RHDS) 6

1.5.11 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất (RFCC) 7

1.5.12 Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) 7

1.5.13 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp 7

1.5.14 Phân xưởng sản xuất khí Hydro (HMU) 8

1.5.15 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) 8

1.5.16 Chế độ vận hành 8

1.6 Phối trộn sản phẩm 9

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 11

2.1 Cơ sở quá trình mô hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu 11

2.2 Mô hình hóa hoạt động phân tách và chuyển hóa 11

2.2.1 Phân xưởng chưng cất 11

2.2.2 Phân xưởng thu hồi LPG 12

2.2.3 Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro 12

2.2.4 Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục 12

2.2.5 Phân xưởng xử lý LPG 13

2.2.6 Phân xưởng xử lý Kerosene 13

2.2.7 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất 14

2.2.8 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất 14

2.2.9 Phân xưởng thu hồi Propylene 15

2.2.10 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp 15

2.2.11 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh 15

2.2.13 Phân xưởng Isome hóa 16

2.2.14 Cụm phân xưởng Naphtha và Hydrocacbon thơm 16

2.3 Hoạt động phối trộn 17

2.3.1 Phối trộn cho LPG và xăng 17

2.3.2 Phối trộn tạo Diesel và Fuel Oil 17

2.3.3 Phối trộn tạo các sản phẩm hóa dầu 17

2.4 Xây dựng cấu trúc biến và các ràng buộc 17

2.7.2 Chỉ tiêu chất lượng dùng trong phần mềm Lingo 27

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM LINGO 29

3.1 Tổng quan về phần mềm Lingo 29

3.1.1 Khái niệm về quy hoạch tuyến tính 29

3.1.2 Quy hoạch tuyến tính trong lọc dầu 30

3.1.3 Giới thiệu về phần mềm Lingo 33

3.1.4 Phối trộn các bán sản phẩm 36

3.2 Xây dựng ma trận bài toán tối ưu trên bảng tính Excel 37

3.2.1 Cấu trúc ma trận bài toán tối ưu 37

3.2.2 Xác định các hệ số cho ma trận 38

3.2.3 Phương pháp khai báo và liên kết dữ liệu với Excel 38

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TỪ PHẦN MỀM LINGO 39

4.1 Giá trị của hàm mục tiêu 39

4.2 Phân tích kết quả 39

4.2.1 Reduced Cost 39

4.1.2 Slack or Surplus 40

4.1.3 Dual Price 40

4.1.4 Lingo/Range 42

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

PHỤ LỤC 53

LỜI CẢM ƠN

- 

 -Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và thầy cô chuyên ngành Công Nghệ Hóa học - Dầu và Khí nói riêng đã ân cần giảng dạy và giúp đỡ

em trong suốt thời gian em học tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS.TS Nguyễn Đình Lâm, người thầy trực tiếp hướng dẫn đề tài tốt nghiệp của em Trong quá trình thực hiện đề tài thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em rất nhiều về mặt tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm, giúp em đưa ra các phương án và giải quyết được các vấn đề thắc mắc

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị là những cựu sinh viên các khóatrước đã cung cấp cho em những tài liệu kỹ thuật, số liệu liên quan đến đề tài

Xin Chúc quý thầy cô và các anh chị sức khỏe và thành công

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, năng lượng luôn là một trong những vấn đề hàng đầu của mỗi quốc gia Chính vì lẽ đó Đảng và Nhà nước ta đã chú trọng đầu tư các nhà máy lọc dầu, với mục đích khai thác tối đa nguồn dầu thô sẵn có, đồng thời đáp ứng nhu cầu nănglượng ngày càng gia tăng theo sự phát triển của đất nước, cũng như đảm bảo sự pháttriển bền vững không phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng của thế giới Bên cạnh

đó việc xây dựng các nhà máy lọc dầu không chỉ đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia mà còn rất hữu ích để sản xuất ra phân đạm, nhựa, chất dẻo, sợi tổng hợp, các chất tẩy rửa, dược phẩm,…Với những ý nghĩa đó, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã được xây dựng với năng suất ban đầu là 6.5 triệu tấn dầu thô/năm với nguồn nguyênliệu dầu thô Bạch Hổ Tiếp sau nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn với công suất thiết kế 10 triệu tấn/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ Kuwait sẽ được xây dựng nhằm tạo ra các loại sản phẩm dầu mỏ khác nhau đáp ứngđầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng cho cả miền Bắc

Cũng như các ngành công nghiệp khác trong môi trường như ngày nay, vấn đềtối ưu hóa quá trình sản xuất là một yêu cầu cấp thiết và là một việc làm thường xuyên để đảm bảo tính hiệu quả của hoạt động nhà máy Đặc biệt nhà máy lọc dầu với chi phí xây dựng nhà máy là rất cao nên nhà máy cần phải hoạt động một cách tối ưu

Với tầm quan trọng của vấn đề tối ưu hóa như đã phân tích ở trên, em đã chọn

đề tài của đồ án tốt nghiệp: “ Mô hình hóa–Tối ưu hóa quá trình lọc dầu sử dụng dầu thô Kuwait ” nhằm mục đích có thể đóng góp một phần công sức vào việc xây

dựng phương án hoạt động hiệu quả cho Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn

S Gasoil Hydrodesulphuriser

Phân xưởng xử lý lưu huỳnh trongphân đoạn Gasoil bằng HydroKHDS Kerosene Hydrodesulphuriser Phân xưởng khử lưu huỳnh phân

đoạn Kerosene bằng HydroRFCC Residue Fluidised CatalyticCracking Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi

ALK Indirect Alkylation Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếpPRU Propylene Recovery Unit Phân xưởng thu hồi PropyleneISOM Isomerization Unit Phân xưởng đồng phân hóa

RHDS Residue Hydrodesulphuriser phân đoạn cặn chưng cất bằng HydroPhân xưởng khử lưu huỳnh trong

NAC Naphtha and AromaticsComplex Cụm phân xưởng Naphtha và hợpchất thơmHMU Hydrogen Manufacuring Unit Phân xưởng sản xuất HydroSRU Sulphure Recovery Unit Phân xưởng thu hồi lưu huỳnhHCDS Hydrogen Compression and

Distribution System Hệ thống nén và phân phối HydroLPG Liquefied Petroleum Gas Khí dầu mỏ hóa lỏng

PRU PolyPropylene Recovery Unit Phân xưởng thu hồi PolypropylenePR-DO Premium Diesel Oil Nhiên liệu Diesel cao cấp

RE-DO Regular Diesel Oil Nhiên liệu Diesel thông thường

D Density Tỷ trọng

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 : Đặc tính của dầu thô Kuwai 2

Bảng 1.2 : Các sản phẩm thương mại sau khi phối trộn. 10

Bảng 2.1 : Bảng ký hiệu các cấu trúc biến trong bảng tính Lingo 19

Bảng 2.2 : Bảng ký hiệu các ràng buộc trong bảng tính Lingo 23

Bảng 2.3 : Giá thành các sản phẩm thương mại 26

Bảng 2.4 : Chi phí vận hành các phân xưởng 27

Bảng 2.5 : Chỉ tiêu chất lượng LPG 27Bảng 2.6 : Chỉ tiêu chất lượng Xăng 27Bảng 2.7: Chỉ tiêu chất lượng của Kerosene 27

Bảng 2.8 : Chỉ tiêu của nhiên liệu Jet-A1 27

Bảng 2.9 : Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Diesel 26

Bảng 2.10 : Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Fuel Oil 27

Bảng 2.11 : Chỉ tiêu chất lượng dùng trong phần mềm Lingo 28

Bảng 3.1 : Cấu trúc ma trận bài toán tối ưu 37

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mặt bằng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 3

Hình 2.3: Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro 12

Hình 2.4: Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục 13

Hình 2.6: Phân xưởng xử lý Kerosene 13Hình 2.7: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất 14

Hình 2.8: Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất 14

Hình 2.9: Phân xưởng thu hồi Propylen 14

Hình 2.10: Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp 15

Hình 2.11: Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh 15

Hình 2.13: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil 16

Hình 2.14: Phân xưởng tách xăng Reformate 16

Hình 3.1 : Giao diện làm việc Lingo 34

CHƯƠNG 1: DẦU THÔ KUWAIT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1.1 Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu.

Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuấtđược vài ba triệu tấn Dầu thô Việt Nam là dầu thô ngọt, hàm lượng lưu huỳnh rất thấp (0,041% khối lượng), đó là nguyên liệu tốt cho các nhà máy lọc dầu Tuy nhiên, dự trữ dầu của Việt Nam là khá thấp Vì vậy, để đảm bảo hoạt động lâu dài

và liên tục của phức hợp nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nhà máy hợp tác và nhập khẩu dầu thô từ Trung Đông Hỗn hợp dầu thô từ Kuwait, Murban và Black Tiger (Việt Nam) đã được nghiên cứu và cho thấy sử dụng 100% dầu thô từ Kuwait đã mang lạikết quả tốt nhất Kết quả là dầu thô Kuwait đã được lựa chọn là nguồn nguyên liệu chính để thiết kế nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Ngoài ra, để đảm bảo trữ lượng của nhà máy, nguồn nguyên liệu Murban cũng được sử dụng

Các đặc tính của dầu thô từ Kuwait:

Là dầu thô trung bình (d = 0.876 và oAPI = 29.9) và có hàm lượng lưu huỳnh cao (khoảng 2.65%wt) Do đó, trong quá trình xử lý, dầu thô cần được giải quyết để tạo sản phẩm có chất lượng tốt

Hàm lượng kim loại nặng trong dầu là tương đối cao Ví dụ, nồng độ Nikel là 0.1 ppm, Vanadium là 31.1 ppm và Sắt 0.7 ppm Với nồng độ kim loại như vậy, nó sẽ

có hại cho quá trình sản xuất bởi vì sự hiện diện của các kim loại này gây ngộ độc chất xúc tác, hư hỏng thiết bị và giảm chất lượng sản phẩm

Hàm lượng Nitơ trong khoảng khoảng 372 ppm, đó là có khả năng gây ngộ độc chất xúc tác và giảm độ ổn định của dầu trong quá trình bảo quản

Bảng 1.1: Đặc tính của dầu thô Kuwait

Tài liệu tham khảo [1].

1.2 Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.

Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Việt Nam thuộc vào các khu kinh tế Nghi Sơn, nằm ở phía Nam tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight Ton) cập bến Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm pháttriển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùngBắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan

Mục tiêu cụ thể của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn do chính phủ đềxuất là:

- Đáp ứng nhu cầu thị trường và an ninh năng lượng

- Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triển thống nhất của đất nước

Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 8.4 triệu tấn dầu thô trong một năm giai đoạn đầu và có thể nâng cấp lên 10 triệu tấn dầu thô mộtnăm.

Chủ đầu tư này là một một công ty liên doanh gồm:

Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) (25.1% vốn)

Công ty Dầu mỏ Kuwait (KPI) (35.1%)

Công ty Idemitsu Kosan Co (IKC) (35.1%)

 Công ty Hóa chất Mitsui Chemicals Inc (MCI) (4.7%)

Liên danh nhà thầu EPC do công ty JGC Corporation (Nhật Bản) đứng đầu và các nhà thầu: Chiyoda Corporation (Nhật Bản), GS Engineering & Construction Corporation (Hàn Quốc), SK Engineering & Construction Co., Ltd (Hàn Quốc), Technip France (Pháp), và Technip Geoproduction (M) Sdn Bhd (Malaysia)

Hình 1 2: Mặt bằng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn

1.4 Sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.(xem phụ lục)

1.5 Các phân xưởng công nghệ.

1.5.1 Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU).

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler

Công suất thiết kế: 9.66 triệu tấn/năm (tương đương 200000 thùng/ngày).Theo thiết kế, nguyên liệu đầu vào của phân xưởng CDU là 100% dầu thô nhập khẩu từ Kuwait Hàm lượng nước trong dầu thô tối đa là 0.5% thể tích Các phương án thiết kế được xem xét bao gồm:

 Phương án cơ sở: CDU được thiết kế dựa vào điểm cắt TBP và các đặc tính kỹ

thuật của sản phẩm

 Phương án tối đa sản phẩm Kerosene: CDU phải có khả năng xuất lượng lớn

Kerosene với chất lượng chấp nhận được để đáp ứng thay đổi của thị trường Điều này tương ứng với lượng sản phẩm của Kerosene tăng 17%

 Phương án tối thiểu sản phẩm Kerosene: CDU phải có khả năng tăng lượng sản

phẩm Naphtha thô khi cắt giảm lượng Kerosene để tối đa lợi nhuận của cụm

Hydrocacbon thơm

 Phương án hồi lưu nguội: CDU phải có thể hoạt động linh hoạt với 5% khối

lượng tỉ lệ hồi lưu nguội (Naphtha nguội/Lượng bơm tuẩn hoàn nóng ở đỉnh) Ở đâydòng Naphtha ở dòng ngưng tụ trên đỉnh được đưa vào đường hồi lưu bơm tuần hoàn đỉnh

Phân xưởng CDU sẽ hoạt động theo phương án hồi lưu nguội khi khởi động, làm sạch hoặc hoạt động gián đoạn Dầu thô được gia nhiệt sơ bộ bằng cách trao đổinhiệt với các dòng sản phẩm và dòng tuần hoàn trước khi vào lò đốt Việc tách dầu thô sẽ được thực hiện trong tháp bay hơi trước (Preflash Drum), tháp chưng cất chính (Main Fractionator) Dòng Naphtha đỉnh sẽ được ổn định trong tháp ổn định Naphtha ở phân xưởng thu hồi LPG Sản phẩm sẽ được làm nguội, đưa đến khu vựcphối trộn sản phẩm, lưu trữ tạm thời hoặc tiếp tục chế biến cho phù hợp

Các dòng sản phẩm từ phân xưởng chưng cất khí quyển CDU:

- Dòng khí chua ở đỉnh được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG

- Toàn bộ phân đoạn Naphtha chưa ổn định được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG

- Dòng cặn chưng cất khí quyển được chuyển thẳng qua phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất khí quyển bằng Hydro (RHDS) để tiếp tục chế biến hoặcđến các bể chứa trung gian của RHDS.

1.5.2 Phân xưởng thu hồi LPG (LRU)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler

Phân xưởng thu hồi LPG thu gom và xử lý các dòng nguyên liệu: khí Offgas, LPG, Naphtha Các dòng này được thu nhận từ nhiều nguồn như phân xưởng CDU,

xử lý Naphtha bằng Hydro, CCR, phân xưởng Isomer hóa và 3 phân xưởng khử lưu huỳnh bằng Hydro (KHDS, GOHDS và RHDS)

1.5.3 Phân xưởng xử lý Naphha bằng Hydro (NHT)

Công suất thiết kế: 54100 thùng/ngày

Mục đích thiết kế của phân xưởng là xử lý hỗn hợp Naphtha từ phân xưởng LRU và Rafinate từ phân xưởng NAC bằng Hydro

1.5.4 Phân xưởng Isome hóa (ISOM)

Công suất thiết kế: 23400 thùng/ngày

Chuyển hóa dòng Naphtha nhẹ có trị số octane thấp thành Isomerate có trị số octane cao

1.5.5 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)

Công suất thiết kế: 39700 thùng/ngày

Tạo ra Reformate có trị số octane và hàm lượng các chất thơm cao

1.5.6 Cụm phân xưởng Naphtha và hợp chất thơm (NAC)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP

Cụm Naphtha và Hydrocacbon thơm (NAC) được thiết kế để chế biến tất cả các phân đoạn Naphtha thành các sản phẩm Benzene và Paraxylene với độ tinh khiết phù hợp để xuất bán kèm theo các cấu tử xăng thơm để pha trộn xăng

Nguyên lý thiết kế của cụm là tối đa hóa việc sản xuất Paraxylene để thu được

bao gồm cả hệ thống xử lý kiềm thải LPG đã qua xử lý sẽ được đưa trở lại phân xưởng thu hồi LPG để tách C3/C4.

1.5.8 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens

Công suất thiết kế: 20000 thùng/ngày

Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS) sẽ xử lý phân đoạn Kerosene từ phân xưởng chưng cất khí quyển CDU để sản xuất ra dầu hỏa, nhiên liệu phản lực với hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 50 ppm khối lượng và hàm lượng Mercaptan tối đa là 0.003% khối lượng

1.5.9 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens

Công suất thiết kế: 60000 thùng/ngày

Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS) sẽ khử lưu huỳnh trong phân đoạn Gasoil từ phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) và dầu nhẹ (LCO) từ phân xưởng RFCC để sản xuất ra cấu tử pha trộn Diesel với hàm lượng lưu huỳnh thấp (tối đa 50 ppm khối lượng)

Phân xưởng này còn có tháp hấp thụ bằng dung môi Amine để khử H2S trong dòng khí chua và khí tuần hoàn Dung môi Amine sử dụng là MDEA Amine làm sạch được cung cấp từ phân xưởng tái sinh Amine trung tâm

1.5.10 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất (RHDS)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Chevron

Công suất thiết kế: 105000 thùng/ngày

Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất khí quyển bằng Hydro

(RHDS) được thiết kế để xử lý Hdro phân đoạn cặn từ phân xưởng CDU phục vụ cho việc chế biến tiếp theo trong phân xưởng RFCC

Phân xưởng RHDS sản xuất ra các dòng sản phẩm sau:

- Cặn chưng cất khí quyển đã được khử lưu huỳnh, làm nguyên liệu cho phân xưởng RFCC

- Naphtha không ổn định đưa đến phân xưởng thu hồi LPG

- RHDS Diesel đã được khử lưu huỳnh đưa đến bể chứa Diesel

1.5.11 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất (RFCC)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens

Công suất thiết kế: 80000 thùng/ngày

Phân xưởng RFCC được thiết kế để chế biến phân đoạn cặn chưng cất khí quyển đã được xử lý bằng Hydro từ phân xưởng RHDS Phân xưởng RFCC được thiết kế với chế độ linh hoạt tối đa sản phẩm Propylene và tối đa sản phẩm Xăng.Phân xưởng này tạo ra các dòng sản phẩm sau:

- Dòng LPG đã được xử lý bằng Amine Dòng LPG này đã được xử lý bằng kiềm (tại phân xưởng xử lý LPG từ RFCC) để loại Mercaptan trước khi đưa trở lại thiết

bị tách C3/C4 trong RFCC

- Sau khi loại bỏ Mercaptan, dòng LPG sẽ được tách ra để sản xuất Propylene cho phân xưởng PolyPropylene (PRU), hỗn hợp Butane cho phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp và Propane sẽ được đưa đến bể chứa LPG

- Xăng FCC nhẹ (Light FCC Gasoline) sẽ được đưa đến bộ phận pha trộn xăng saukhi qua xử lý bằng kiềm nhờ công nghệ MEROX

- Xăng FCC nặng (Heavy FCC Gasoline) sẽ được đưa đến bể pha trộn xăng

- Dầu nhẹ (Light Cycle Oil – LCO) sẽ được đưa đến phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil bằng Hydro (GOHDS) và hệ thống dầu nhiên liệu

- Dầu tinh lọc (Clarified Oil – CLO) sẽ được đưa đến bộ phận pha trộn dầu nhiên liệu

1.5.12 Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens

Phân xưởng thu hồi Propylene được thiết kế để thu hồi Propylene có độ tinh khiết cao từ hỗn hợp C3 nhận được từ phân xưởng RFCC

Sản phẩm Propylene thu được sẽ làm nguyên liệu đầu vào cho phân xưởng Propylene (PPU) Phân xưởng PRU còn sản xuất ra một dòng sản phẩm phụ là Propane, dòng sản phẩm này sẽ được đưa đến bể phối trộn và bể chứa LPG

1.5.13 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP

Công suất thiết kế: 21500 thùng/ngày

Phân xưởng này bao gồm 3 phân xưởng chế biến riêng lẻ: Phân xưởng Hydro

với các Olefin nhẹ để tạo sản phẩm Alkylate giàu iso-octane Hydro cần cho hai phân xưởng này được lấy từ hệ thống nén và phân phối khí Hydro Phân xưởng IALK còn sản xuất ra dòng hỗn hợp C4 (Butane không phản ứng) Dòng này sẽ được đưa đến bể chứa LPG.

Các sản phẩm của phân xưởng ALK đáp ứng yêu cầu chất lượng của Alkylate

và LPG (Butane)

1.5.14 Phân xưởng sản xuất khí Hydro (HMU)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler

Mục tiêu của phân xưởng sản xuất khí Hydro là sản xuất Hydro với độ tinh khiết cao cung cấp cho các phân xưởng khử lưu huỳnh bằng Hydro và để sử dụng trong các phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp, xử lý chọn lọc bằng Hydro, phân xưởng Polypropylene và phân xưởng xử lý khí đuôi ttrong nhà máy

Phân xưởng sản xuất Hydro (HMU) sử dụng dòng khí Metane hình hành từ nguyên liệu Hydrocarbon (khí nhiên liệu và LPG) để sản xuất khí giàu Hydro Dòngkhí này sẽ được làm sạch trong một tháp hấp thụ áp suất thay đổi (PSA – Pressure Swing Adsorption) để tạo ra Hydro với độ tinh khiết tối thiểu là 99,9% thể tích.Sản phẩm Hydro sẽ được dẫn đến phân xưởng RHDS để cân bằng phân phối khí trong nhà máy thông qua hệ thống nén và phân phối khí Hydro (HCDS)

1.5.15 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU)

Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Jacobs

Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) được thiết kế để xử lý khí acid và khí chua sinh ra trong nhà máy lọc dầu tạo thành sản phẩm lưu huỳnh nguyên tố Phân xưởng SRU có công suất thiết kế 800 tấn lưu huỳnh/ngày, với hiệu suất lưu huỳnh thu được tối thiểu 99.9%

Tài liệu tham khảo [2].

1.5.16 Chế độ vận hành

Nhà máy lọc dầu nghi Sơn vận hành theo hai chế độ của cụm phân xưởng Cracking xúc tác là:

- Sản xuất tối đa Xăng

- Sản xuất tối đa Propylene

1.6 Phối trộn sản phẩm

Phân xưởng phối trộn sản phẩm bao gồm nhiều hệ thống phân chia nhằm cungcấp những cấu tử và lưu lượng xác định cho vòi phun, sau đó từ vòi phun các sản phẩm đã được phối trộn đi vào các thùng chứa

Có 4 sản phẩm chính được phối trộn trong nhà máy lọc dầu:

- LPG

- Xăng Mogas 92, Mogas 95

- Dầu Diesel động cơ (DO)

- Dầu Diesel công nghiệp (FO)

Một hỗn hợp xăng có thể được tạo ra từ việc phối trộn từ hai loại xăng Mogas

92 và Mogas 95 Ban đầu xăng Mogas 92 sẽ được tạo ra từ hỗn hợp này nhưng cấp

độ này sẽ bị thay thế trong tương lai khi sản phẩm xăng Mogas 95 được sản xuất

Hệ thống phối trộn xăng và diesel được thiết kế trong điều kiện bình thường hoạt động liên tục, các cấu tử phối trộn được bơm từ bể chứa của nhà máy, phối trộnnối tiếp nhau và dẫn tới thùng chứa sản phẩm được thay đổi theo chu kỳ Từ những hỗn hợp nhận từ những sản phẩm trung gian ở thiết bị chứa, chúng có thể bị dừng hoặc khởi động lại một cách độc lập so với sự vận hành các phân xưởng xử lý trong nhà máy lọc dầu khi cần thiết

Bảng 1 2: Các sản phẩm thương mại sau khi phối trộn.

Sản phẩm Thành phần phối trộnPolyPropylen Từ phân xưởng PRU

C4

Xăng Mogas 92/95

C4 Xăng Isomerate Xăng NAC Xăng RFCC đã qua xử lý Xăng Alkylate

Diesel

KERDOGOHDSDORHDSLCO

Fuel oil

KERDOGOHDSDORHDSLCOCLOHYARO

Paraxylene Từ phân xưởng NAC

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN NHÀ MÁY

LỌC DẦU NGHI SƠN

2.1 Cơ sở quá trình mô hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu

Nhà máy lọc dầu thực hiện ba hoạt động chính:

Hoạt động phân tách: dầu thô được tạo từ hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiều các hợp chất, phần lớn là hydrocacbon Để thu được các sản phẩm dầu mỏ đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật thương mại, đầu tiên cần phải thực hiện một quá trình phân riêng dầu mỏ nguyên khai thành nhiều phân đoạn khác nhau Quá trình chưng cất cho phép phân đoạn dầu thô thành các phân đoạn khác nhau như khí dầu mỏ hóalỏng LPG, xăng, kerosene, gasoil, fuel oil …

Hoạt động chuyển hóa: nâng cao chất lượng sản phẩm (quá trình xử lý bằng hydro, reforming, isome hóa …), tăng hiệu suất thu sản phẩm (FCC)

Hoạt động phối trộn: cho ra các sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng (Xăng, DO, FO, JetA1 …)

Mục đích của mô hình hóa:

Dễ dàng xác định các biến của bài toán

Xác định các dòng bán sản phẩm và sản phẩm của nhà máy

2.2 Mô hình hóa hoạt động phân tách và chuyển hóa

Dựa trên sơ đồ công nghệ nhà máy lọc dầu, cùng với các tài liệu liên quan đếncác phân xưởng trong nhà máy là cơ sở để mô hình hóa các phân xưởng

Tài liệu tham khảo [3].

2.2.1 Phân xưởng chưng cất

Với nguyên liệu cho quá trình chưng cất là 100% dầu thô nhập khẩu từ

Kuwait

Hình 2.1: Quá trình chưng cất

2.2.2 Phân xưởng thu hồi LPG

Phân xưởng LRU xử lý các dòng OG (từ các phân xưởng NHT, KHDS, GOHDS, RHDS, PSA), dòng FG (từ phân xưởng ALK), dòng NA (từ các phân xưởng GOHDS, RHDS, CDU) Sản phẩm thu được là các dòng FG, LPG, FRN

Hình 2.2: Phân xưởng thu hồi LPG

2.2.3 Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro

Phân xưởng NHT xử lý các dòng FRN (từ phân xưởng LRU), dòng RAF (từ phân xưởng NAC) Sản phẩm thu được là các dòng OG, LNA, HNA

Hình 2.3: Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro

2.2.4 Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục

Phân xưởng CCR xử lý các dòng HNA (từ các phân xưởng NHT) Sản phẩm thu được là các dòng H2RG, LPG, REF

Hình 2.4: Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục

2.2.5 Phân xưởng xử lý LPG

Phân xưởng LTU xử lý các dòng LPG (từ các phân xưởng LRU, CCR) Sản phẩm thu được là các dòng FG, C3, C4

Hình 2.5: Phân xưởng xử lý LPG

2.2.6 Phân xưởng xử lý Kerosene

Phân xưởng LRU xử lý dòng KE (từ phân xưởng CDU) Sản phẩm thu được làcác dòng OG, KE

Hình 2.6: Phân xưởng xử lý Kerosene

2.2.7 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất

Phân xưởng RHDS xử lý dòng AR (từ phân xưởng CDU) Sản phẩm thu được

là các dòng H2RG, OG, NA, DO, RSD

Hình 2.7: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất

2.2.8 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất

Phân xưởng RFCC xử lý dòng RSD (từ phân xưởng RHDS) Sản phẩm thu được là các dòng FG, H2S, C3, C4, LNA, HNA, LCO, CLO, COKE

Hình 2.8: Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất

2.2.9 Phân xưởng thu hồi Propylene

Phân xưởng PRU xử lý các dòng C3 (từ phân xưởng RFCC) Sản phẩm thu được là các dòng C3, PPL

Hình 2.9: Phân xưởng thu hồi Propylen

2.2.10 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp

Phân xưởng ALK xử lý các dòng C4 (từ phân xưởng RFCC) Sản phẩm thu được là các dòng FG, C4, ALKYLATE

Hình 2.10: Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp

2.2.11 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh

Phân xưởng SRU xử lý các dòng H2S (từ các phân xưởng LRU, RFCC) Sản phẩm thu được là dòng SULPHUR

2.2.12 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil

Phân xưởng GOHDS xử lý các dòng GO (từ phân xưởng CDU), dòng LCO (từ phân xưởng RFCC) Sản phẩm thu được là các dòng H2RG, OG, NA, DO

Hình 2.12: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil

2.2.13 Phân xưởng Isome hóa

Phân xưởng ISOM xử lý các dòng LNA (từ phân xưởng NHT) Sản phẩm thu được là các dòng FG, ISOMERATE

Hình 2.13: Phân xưởng Isome hóa

2.2.14 Cụm phân xưởng Naphtha và Hydrocacbon thơm

Phân xưởng NAC xử lý dòng REF (từ các phân xưởng CCR) Sản phẩm thu được là các dòng FG, BZ, PXL, RAF, NA, HYARO

Hình 2.14: Phân xưởng tách xăng Reformate

2.3 Hoạt động phối trộn

2.3.1 Phối trộn cho LPG và xăng

LPG được phối trộn từ các bán sản phẩm C3, C4

Các bán sản phẩm được phối trộn để tạo xăng gồm: C4, xăng Isomerate, xăng đi

ra từ NAC, xăng alkylate, xăng RFCC

2.3.2 Phối trộn tạo Diesel và Fuel Oil

Các bán sản phẩm được sử dụng để phối trộn tạo Premium Diesel và Regular Diesel gồm: KER, DOGOHDS, DORHDS, LCO

Các bán sản phẩm được sử dụng để phối trộn tạo Fuel Oil gồm: KER,

DOGOHDS, DORHDS, HYARO, LCO, CLO

2.3.3 Phối trộn tạo các sản phẩm hóa dầu

Benzene từ phân xưởng NAC

Paraxylene từ phân xưởng NAC

Polypropylen từ phân xưởng PRU

Sulphur từ phân xưởng SRU

2.4 Xây dựng cấu trúc biến và các ràng buộc.

2.4.1 Cấu trúc biến

- PR-DO:KEHDSPRDO, DOGOHDSPRDO, DORHDSPRDO

- RE-DO: KEHDSREDO, DOGOHDSREDO, DORHDSREDO, LCOREDO

- FO: KEHDSFO, DOGOHDSFO, DORHDSFO, LCOFO, CLOFO, HYAROFO

 Năng lượng nội bộ: FGNB, FONB

 Nhập: LPGIMP, MG95IMP, MG92IMP, JETA1IMP, PR-DOIMP, RE-DOIMP, FOIMP

 Xuất: PPLEXP, LPGEXP, MG95EXP, MG92EXP, JETA1EXP, PR-DOEXP, DOEXP, FOEXP, BZEXP, PXEXP, SEXP

RE-Bảng 2.1: RE-Bảng ký hiệu các cấu trúc biến trong bảng tính Lingo

2

LRU

11

18

21

23

25

27

HMU

41 HNARFCCMG92 Xăng nặng từ RFCC phối trộn MG92

43

MG95

50

PR-DO

53

RE-DO

57

FO

78 PRDOEXP PRDO xuất khẩu

 Ràng buộc về sản phẩm – nội bộ: LPG, MG95, MG92, JETA1, PR-DO, RE-DO,

FO, PPL, BENZENE, P-XYLENE, SULPHUR, NB

 Ràng buộc max: SMG95MAX, SMG92MAX, SLPGMAX, SPR-DOMAX, DOMAX, SFOMAX, SJETA1MAX, RVPMG95MAX, RVPMG92MAX,

SRE-RVPLPGMAX, D15PR-DOMAX, D15RE-DOMAX, D15FOMAX,

D15JETA1MAX, %AROMG95MAX, %AROMG92MAX, PPIPR-DOMAX, PPIRE-DOMAX, PPIFOMAX, FPIPR-DOMAX, FPIRE-DOMAX,

FPIJETA1MAX, FPIFOMAX, CDUMAX

 Ràng buộc min: RONMG95MIN, RONMG92MIN, RVPMG95MIN,

RVPMG92MIN, D15MG95MIN, D15MG92MIN, D15PR-DOMIN,

D15RE-DOMIN, D15JETA1MIN

Bảng 2.2: Bảng ký hiệu các ràng buộc trong bảng tính Lingo

CDU-NA Phân đoạn khí xăng đi ra từ đỉnh CDU

5

LRU

15

MAX

2.5 Giá thành sản phẩm thương mại.

Giá thành các sản phẩm thương mại được sử dụng tại thời điểm năm 2009

Bảng 2 3: Giá thành các sản phẩm thương mại

STT Sản phẩm Giá CIF (USD/Tấn) Giá FOB (USD/Tấn)

Tài liệu tham khảo [4].

2.6 Chi phí vận hành các phân xưởng.

Mỗi phân xưởng khi vận hành với nguồn nguyên liệu, sử dụng năng lượng khác nhau do đó chi phí vận hành của các phân xưởng cũng khác nhau

Chi phí vận hành của một số phân xưởng được lấy từ Petroleum Refinery Volume 5: Refinery Operation and Management - Table 6.6: Economic Data-Trang

227 Tuy nhiên một số phân xưởng tài liệu không đề cập, nên ta sử dụng tài liệu Petroleum Refinery Engineering Miscellaneous Operation Costs and Factors – Trang 872-873 , và quy đổi các phân xưởng theo phân xưởng chưng cất Từ đó ta cóchi phí vận hành cho các phân xưởng